The Physical Random Access Channel (PRACH) is essential for initial access and synchronization in both 5G and future 6G networks; however, its detection is highly sensitive to impairments such as high user density, large carrier frequency offset (CFO), and fast fading. Although prior studies have examined PRACH detection, they are often restricted to specific scenarios or lack a comprehensive analytical characterization of performance. We introduce a unified analytical framework that characterizes the statistical distribution of the received power delay profile (PDP) under flat Rayleigh fading and supports both coherent combining (CC) and power combining (PC) repetition strategies. For each strategy, we derive optimal threshold expressions and closed-form detection probabilities. Furthermore, we analyze two key cases depending on the coherence time: identical and independent channel realizations per repetition. Secondly, we exploit the correlation induced by CFO across cyclic shifts to design a novel low-complexity detector that exploits PDP dependencies. Numerical results indicate that PC outperforms CC when repetitions experience independent channels, while CC can be preferable under identical realizations in limited settings. On the other hand, the proposed CFO-aware detector delivers improved robustness under severe CFO conditions.


翻译:物理随机接入信道(PRACH)对于5G及未来6G网络的初始接入与同步至关重要;然而,其检测性能极易受到高用户密度、大载波频率偏移(CFO)和快速衰落等损伤的影响。尽管已有研究对PRACH检测进行了探讨,但这些研究往往局限于特定场景,或缺乏对性能的全面解析表征。本文提出一个统一的解析框架,该框架刻画了平坦瑞利衰落下接收功率延迟分布(PDP)的统计特性,并支持相干合并(CC)与功率合并(PC)两种重复策略。针对每种策略,我们推导了最优阈值表达式及闭式检测概率。此外,我们根据相干时间分析了两种关键情况:每次重复的信道实现为相同或独立。其次,我们利用CFO在循环移位间引入的相关性,设计了一种新型低复杂度检测器,该检测器利用PDP间的依赖关系。数值结果表明,在重复经历独立信道时PC优于CC,而在有限场景下信道实现相同时CC可能更优。另一方面,所提出的CFO感知检测器在严重CFO条件下展现出更强的鲁棒性。

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